(57)【要約】【課題】  単純な構造で反応効率及び熱効率を向上させることができる改質装置，及びこれを採用した燃料電池システムを提供する。【解決手段】  水素を含有した燃料より水素を発生させる改質装置，上記水素と酸素の電気化学的な反応により電気エネルギーを発生させる少なくとも一つの電気生成部，上記改質装置に燃料を供給する燃料供給源，並びに上記改質装置及び電気生成部に酸素を供給する酸素供給源を含む燃料電池システム。上記改質装置３０は，燃料又はガスが流れる通路３１ｄ，３２ｄ，３３ｄ，３４ｄを形成しながら積層する複数の基板３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ，及び上記各通路を構成する全体面に形成する触媒層３１ｅ，３２ｅ，３３ｅ，３４ｅを含む。【選択図】    図３
2006012810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を含有した燃料より水素を発生させる改質装置と，
前記水素と酸素の電気化学的な反応により電気エネルギーを発生させる少なくとも一つの電気生成部と，
前記改質装置に燃料を供給する燃料供給源と，
前記改質装置及び電気生成部に酸素を供給する酸素供給源と，
を含み，
前記改質装置は，燃料又はガスが流れる通路を形成しながら積層する複数の基板と，
前記各通路を構成する全体面に形成する触媒層と，
を含むことを特徴とする，燃料電池システム。
【請求項２】
前記複数の基板のうちの少なくともいずれか一つの基板の一面又は両面にチャンネルが形成され，前記チャンネルが形成された面に他の基板が密着して前記通路を形成する，
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記各チャンネルの内表面全体に触媒層が形成され，前記チャンネルが形成された部分に対応して，前記チャンネルに密着する他の基板の密着面に同一な種類の触媒層が形成する，
ことを特徴とする，請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記各チャンネルの内表面全体に触媒層が形成され，前記チャンネルに密着する他の基板の密着面全体に同一な種類の触媒層が形成する，
ことを特徴とする，請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記改質装置は，熱エネルギーを発生させる熱源部と，前記燃料より水素ガスを発生させる改質反応部との積層構造からなる，
ことを特徴とする，請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記複数の基板は，
第１チャンネルが形成する第１反応基板と，
前記第１反応基板の一面に密着して第２チャンネルが形成する第２反応基板と，
前記第２反応基板の一面に密着する蓋基板とを含み，
前記触媒層は，
前記第１チャンネルと第２反応基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する酸化触媒層と，
前記第２チャンネルと前記蓋基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する改質触媒層を含む，
ことを特徴とする，請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記改質装置は，熱エネルギーを発生させる熱源部と，前記燃料より水素ガスを発生させる改質反応部と，前記水素ガスに含まれている一酸化炭素の濃度を低減させる少なくとも一つの一酸化炭素低減部との積層構造からなる，
ことを特徴とする，請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記複数の基板は，
第１チャンネルが形成する第１反応基板と，
前記第１反応基板の一面に密着して第２チャンネルが形成する第２反応基板と，
前記第２反応基板の一面に密着して第３チャンネルが形成する第３反応基板と，
前記第３反応基板の一面に密着する蓋基板とを含み
前記触媒層は，
前記第１チャンネルと第２反応基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する酸化触媒層と，
前記第２チャンネルと第３反応基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する改質触媒層と，
前記第３チャンネルと前記蓋基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する水性ガス転換触媒層とを含む，
ことを特徴とする，請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記複数の基板は，
第１チャンネルが形成する第１反応基板と，
前記第１反応基板の一面に密着して第２チャンネルが形成する第２反応基板と，
前記第１反応基板の他の一面に密着して第３チャンネルが形成する第３反応基板と，
前記第２反応基板の他の一面に密着する蓋基板とを含み
前記触媒層は，
前記第１チャンネルと第２反応基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する酸化触媒層と，
前記第２チャンネルと蓋基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する改質触媒層と，
前記第３チャンネルと前記第１反応基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する選択的酸化触媒層を含む，
ことを特徴とする，請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記複数の基板は，
第１チャンネルが形成する第１反応基板と，
前記第１反応基板の一面に密着して第２チャンネルが形成する第２反応基板と，
前記第２反応基板の一面に密着して第３チャンネルが形成する第３反応基板と，
前記第１反応基板の他の一面に密着して第４チャンネルが形成する第４反応基板と，
前記第３反応基板の一面に密着する蓋基板とを含み，
前記触媒層は，
前記第１チャンネルと第２反応基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する酸化触媒層と，
前記第２チャンネルと第３反応基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する改質触媒層と，
前記第３チャンネルと前記蓋基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する水性ガス転換触媒層と，
前記第４チャンネルと前記第１反応基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する選択的酸化触媒層を含む，
ことを特徴とする，請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記燃料供給源は，
水素を含有した燃料を保存する燃料タンクと，
前記燃料タンクに連結設置する燃料ポンプを含む，
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記酸素供給源は，空気を吸入する空気ポンプを含む，
ことを特徴とする，請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記燃料電池システムが高分子電解質型燃料電池である，
ことを特徴とする，請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
燃料又はガスが流れる通路を形成しながら積層する複数の基板と，
前記各通路を構成する全体面に形成する触媒層
を含む，
ことを特徴とする，燃料電池用改質装置。
【請求項１５】
前記複数の基板のうちの少なくともいずれか一つの基板の一面又は両面にチャンネルが形成され，前記チャンネルが形成された面に他の基板が密着して前記通路を形成する，
ことを特徴とする，請求項１４に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項１６】
前記各チャンネルの内表面全体に触媒層が形成され，前記チャンネルが形成された部分に対応して，前記チャンネルに密着する他の基板の密着面に同一な種類の触媒層が形成する，
ことを特徴とする，請求項１５に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項１７】
前記各チャンネルの内表面に触媒層が形成され，前記チャンネルに密着する他の基板の密着面全体に同一な種類の触媒層が形成する，
ことを特徴とする，請求項１５に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項１８】
前記改質装置は，熱エネルギーを発生させる熱源部と，前記燃料より水素ガスを発生させる改質反応部との積層構造からなる，
ことを特徴とする，請求項１４に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項１９】
前記複数の基板は，
第１チャンネルが形成する第１反応基板と，
前記第１反応基板の一面に密着して第２チャンネルが形成する第２反応基板と，
前記第２反応基板の一面に密着する蓋基板とを含み
前記触媒層は，
前記第１チャンネルと第２反応基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する酸化触媒層と，
前記第２チャンネルと前記蓋基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する改質触媒層を含む，
ことを特徴とする，請求項１８に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項２０】
前記改質装置は，熱エネルギーを発生させる熱源部と，前記燃料より水素ガスを発生させる改質反応部と，前記水素ガスに含まれている一酸化炭素の濃度を低減させる少なくとも一つの一酸化炭素低減部との積層構造からなる，
ことを特徴とする，請求項１４に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項２１】
前記複数の基板は，
第１チャンネルが形成する第１反応基板と，
前記第１反応基板の一面に密着して第２チャンネルが形成する第２反応基板と，
前記第２反応基板の一面に密着して第３チャンネルが形成する第３反応基板と，
前記第３反応基板の一面に密着する蓋基板とを含み
前記触媒層は，
前記第１チャンネルと第２反応基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する酸化触媒層と，
前記第２チャンネルと第３反応基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する改質触媒層と，
前記第３チャンネルと前記蓋基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する水性ガス転換触媒層を含む，
ことを特徴とする，請求項２０に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項２２】
前記複数の基板は，
第１チャンネルが形成する第１反応基板と，
前記第１反応基板の一面に密着して第２チャンネルが形成する第２反応基板と，
前記第１反応基板の他の一面に密着して第３チャンネルが形成する第３反応基板と，
前記第２反応基板の他の一面に密着する蓋基板とを含み
前記触媒層は，
前記第１チャンネルと第２反応基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する酸化触媒層と，
前記第２チャンネルと蓋基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する改質触媒層と，
前記第３チャンネルと前記第１反応基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する選択的酸化触媒層を含む，
ことを特徴とする，請求項２０に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項２３】
前記複数の基板は，
第１チャンネルが形成する第１反応基板と，
前記第１反応基板の一面に密着して第２チャンネルが形成する第２反応基板と，
前記第２反応基板の一面に密着して第３チャンネルが形成する第３反応基板と，
前記第１反応基板の他の一面に密着して第４チャンネルが形成する第４反応基板と，
前記第３反応基板の一面に密着する蓋基板とを含み
前記触媒層は，
前記第１チャンネルと第２反応基板の他の一面によって形成された通路を構成する全体面に形成する酸化触媒層と，
前記第２チャンネルと第３反応基板の他の一面によって形成された通路を構成する全体面に形成する改質触媒層と，
前記第３チャンネルと前記蓋基板によって形成された通路を構成する面全体に形成する水性ガス転換触媒層と，
前記第４チャンネルと前記第１反応基板によって形成された通路を構成する面全体に形成する選択的酸化触媒層を含む，
ことを特徴とする，請求項２０に記載の燃料電池用改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池用改質装置及び燃料電池システムに係り，特に，燃料電池システムに使用するプレートタイプの改質装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は，メタノール，エタノール，天然ガスのような炭化水素系の物質内に含まれている水素と酸素の電気化学反応を通じて電気エネルギーを発生させる発電システムである。
【０００３】
このような燃料電池において，近来に開発されている高分子電解質型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ，ＰＥＭＦＣ）は，出力特性が優れており，作動温度が低く，同時に速い始動及び応答特性を有するので，自動車のような移動用電源はもちろん，住宅，公共建物のような分散用電源及び電子機器用のような小型電源など，その応用範囲が広いという長所を有する。
【０００４】
このようなＰＥＭＦＣ方式の燃料電池システムは，スタック，改質装置，燃料タンク，及び燃料ポンプなどを備える。スタックは，複数の単位セルからなる電気発生集合体を形成し，燃料ポンプは，燃料タンク内の燃料を改質装置に供給する。そして，改質装置は燃料を改質して水素を発生させ，その水素をスタックに供給する。
【０００５】
したがって，このＰＥＭＦＣは，燃料ポンプの作動により燃料タンク内の燃料を改質装置に供給し，この改質装置で燃料を改質して水素を発生させ，スタックでこの水素と酸素を電気化学的に反応させて電気エネルギーを発生させる。
【０００６】
前述の改質装置は，熱エネルギーによる化学触媒反応により，水素を含有した燃料より水素を発生させる装置である。通常，上記改質装置は，上記熱エネルギーを発生させる熱源部と，上記熱エネルギーを利用して上記燃料より水素ガスを発生させる改質反応部と，上記水素ガスに含まれている一酸化炭素の濃度を低減させる一酸化炭素除去部とを含む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし，従来の燃料電池システムの改質装置は，上記熱源部，改質反応部，一酸化炭素除去部が所定の内部空間を有する反応容器で形成され，これらの各々がパイプタイプの配管によって連結されて分散配置する。そのため，全体的なシステムをコンパクトに実現できず，熱源部から発生する熱エネルギーを改質反応部に迅速に伝達できなくなって，全体的な反応効率及び熱効率が低下する問題点があった。
【０００８】
本発明は前述の問題点を勘案したものであって，その目的は，単純な構造で反応効率及び熱効率を向上させることができる改質装置，及びこれを採用した燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による燃料電池システムは，水素を含有した燃料より水素を発生させる改質装置，上記水素と酸素の電気化学的な反応により電気エネルギーを発生させる少なくとも一つの電気生成部，上記改質装置に燃料を供給する燃料供給源，並びに上記改質装置及び電気生成部に酸素を供給する酸素供給源を含む。
【００１０】
上記改質装置は，燃料又はガスが流れる通路を形成しながら積層する複数の基板，及び上記各通路を構成する全体面に形成する触媒層を含む。
【００１１】
この時，上記複数の基板のうちの少なくともいずれか一つの基板の一面又は両面にチャンネルが形成され，上記チャンネルが形成された面に他の基板が密着して上記通路を形成することができる。
【００１２】
上記各チャンネルの内表面全体に触媒層が形成され，上記チャンネルが形成された部分に対応して，上記チャンネルに密着する他の基板の密着面に同一な種類の触媒層が形成することができる。
【００１３】
又は，上記各チャンネルの内表面全体に触媒層が形成され，上記チャンネルに密着する他の基板の密着面全体に同一な種類の触媒層が形成することができる。
【００１４】
上記改質装置は，熱エネルギーを発生させる熱源部と，上記燃料より水素ガスを発生させる改質反応部との積層構造からなることができる。
【００１５】
上記複数の基板は，第１チャンネルが形成する第１反応基板，上記第１反応基板の一面に密着して第２チャンネルが形成する第２反応基板，及び上記第２反応基板の一面に密着する蓋基板を含むことができる。
【００１６】
この時，上記触媒層は，上記第１チャンネルと第２反応基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する酸化触媒層，及び上記第２チャンネルと上記蓋基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する改質触媒層を含むことができる。
【００１７】
上記改質装置は，熱エネルギーを発生させる熱源部と，上記燃料より水素ガスを発生させる改質反応部と，上記水素ガスに含まれている一酸化炭素の濃度を低減させる少なくとも一つの一酸化炭素低減部との積層構造からなることができる。
【００１８】
上記複数の基板は，第１チャンネルが形成する第１反応基板，上記第１反応基板の一面に密着して第２チャンネルが形成する第２反応基板，上記第２反応基板の一面に密着して第３チャンネルが形成する第３反応基板，及び上記第３反応基板の一面に密着する蓋基板を含むことができる。
【００１９】
この時，上記触媒層は，上記第１チャンネルと第２反応基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する酸化触媒層，上記第２チャンネルと第３反応基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する改質触媒層，及び上記第３チャンネルと上記蓋基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する水性ガス転換触媒層を含むことができる。
【００２０】
上記複数の基板は，第１チャンネルが形成する第１反応基板，上記第１反応基板の一面に密着して第２チャンネルが形成する第２反応基板，上記第１反応基板の他の一面に密着して第３チャンネルが形成する第３反応基板，及び上記第２反応基板の他の一面に密着する蓋基板を含むことができる。
【００２１】
この時，上記触媒層は，上記第１チャンネルと第２反応基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する酸化触媒層，上記第２チャンネルと蓋基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する改質触媒層，及び上記第３チャンネルと上記第１反応基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する選択的酸化触媒層を含むことができる。
【００２２】
上記複数の基板は，第１チャンネルが形成する第１反応基板，上記第１反応基板の一面に密着して第２チャンネルが形成する第２反応基板，上記第２反応基板の一面に密着して第３チャンネルが形成する第３反応基板，上記第１反応基板の他の一面に密着して第４チャンネルが形成する第４反応基板，及び上記第３反応基板の一面に密着する蓋基板を含むことができる。
【００２３】
この時，上記触媒層は，上記第１チャンネルと第２反応基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する酸化触媒層，上記第２チャンネルと第３反応基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する改質触媒層，上記第３チャンネルと上記蓋基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する水性ガス転換触媒層，及び上記第４チャンネルと上記第１反応基板によって形成された通路を構成する全体面に形成する選択的酸化触媒層を含むことができる。
【００２４】
上記燃料供給源は，水素を含有した燃料を保存する燃料タンク，及び上記燃料タンクに連結設置する燃料ポンプを含むことができる。
【００２５】
上記酸素供給源は，空気を吸入する空気ポンプを含むことができる。
【００２６】
上記燃料電池システムが，高分子電解質型燃料電池方式であってもよい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明による燃料電池改質装置によれば、単純な構造で反応効率及び熱効率を向上させることができる。
【００２８】
本発明による燃料電池システムは，改質装置が反応基板による積層構造からなる単純な構造を有するので，全体的なシステムをコンパクトに実現することができる。したがって，製造工程を単純化して生産性をさらに向上させることができる。
【００２９】
そして，本発明による燃料電池システムによれば，燃料の各種の反応に必要な熱エネルギーを迅速に伝達することができる。したがって，全体的な改質装置の反応効率及び熱効率を向上させることができる。
【００３０】
そして，本発明による燃料電池システムによれば，改質装置の通路を構成する面全体に各触媒層が形成されて，反応に関与する燃料又はガスなどが各触媒層と接触する面積を増加させることができる。したがって，全体的な反応効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に，添付した図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する発明特定事項については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。しかし，本発明は多様な相違した形態で実現でき，ここで説明する実施例に限定されない。
【００３２】
図１は，本発明の第１の実施形態による燃料電池システムの全体的な構成を示した説明図である。
【００３３】
本発明の第１の実施形態による燃料電池システム１００における電気を生成するための燃料とは，メタノール，エタノール又は天然ガスのように水素を含有した燃料を意味する。以下で説明する燃料は液状の燃料を意味する。
【００３４】
このような燃料電池システム１００は，上記燃料に含まれている水素と反応する酸素として別途の保存手段に保存された酸素を用いることができ，酸素を含有した空気を用いることができる。しかし，以下では，上記酸素として空気を使用する後者の例を説明する。
【００３５】
図１を参照すれば，第１の実施形態による燃料電池システム１００は，上記燃料より水素を発生させる改質装置３０と，上記水素と空気中に含まれている酸素との電気化学的な反応により電気エネルギーを発生させるスタック１０と，上記燃料を改質装置３０に供給する燃料供給源５０と，酸素を改質装置３０とスタック１０とに各々供給する酸素供給源７０とを含んで構成する。
【００３６】
つまり，第１の実施形態で，燃料電池システム１００は改質装置３０を通じて上記水素を生成し，この水素をスタック１０に供給して水素と酸素の電気化学的な反応により電気エネルギーを発生させる高分子電解質型燃料電池方式である。
【００３７】
上記燃料供給源５０は，燃料を保存する第１タンク５１と，水を保存する第２タンク５３と，各々の第１及び第２タンク５１，５３に連結設置する燃料ポンプ５５とを含んでいる。そして，酸素供給源７０は，所定のポンピング力で空気を吸入することができる空気ポンプ７１を含んでいる。
【００３８】
上記水素を含有した燃料より水素を発生させる改質装置３０の構造を，図１，図２，及び図３を参照して説明し，上記水素と酸素の電気化学的な反応により電気エネルギーを発生させるスタック１０の構造を図１及び図４を参照して説明する。
【００３９】
図２は，図１に示した改質装置の構造を示した説明図であり，図３は，図２の結合断面図である。
【００４０】
第１の実施形態に適用する改質装置３０は，熱エネルギーによる化学触媒反応，例えば，水蒸気改質，部分酸化又は自熱反応などを通じて燃料を改質して水素ガスを発生させ，水性ガス転換方法，選択的酸化方法などのような触媒反応，又は分離膜を利用した水素の精製などのような方法により，上記水素ガスに含まれている一酸化炭素の濃度を低減させる。
【００４１】
このような改質装置３０は，上記熱エネルギーを発生させる熱源部３１と，上記熱エネルギーの提供を受け，水蒸気改質（Ｓｔｅａｍ  Ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）触媒反応により上記蒸気化された燃料より水素ガスを発生させる改質反応部３２と，上記水素ガスの水性ガス転換（Ｗａｔｅｒ−Ｇａｓ  Ｓｈｉｆｔ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）触媒反応により，この水素ガスに含まれている一酸化炭素の濃度を１次的に低減させる第１一酸化炭素低減部３３と，上記水素ガスと空気の選択的酸化（Ｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ＣＯ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）触媒反応により，上記水素ガスに含まれている一酸化炭素の濃度を２次的に低減させる第２一酸化炭素低減部３４とを含んで構成する。
【００４２】
また，改質装置３０には，熱源部３１から発生する熱エネルギーを利用して上記混合燃料を気化させるための気化部（図示せず）が熱源部３１と改質反応部３２との間に配置することができ，これも本発明の範囲に属する。
【００４３】
第１の実施形態によれば，上記改質装置３０は，上記熱源部３１，改質反応部３２，第１一酸化炭素低減部３３，第２一酸化炭素低減部３４，及び蓋部３５の各々がプレートタイプに備えられて，これらが互いに積層されて成る。このような各反応部３１，３２，３３，３４は，燃料，空気，水素ガスなどの流れを可能にする通路３１ｄ，３２ｄ，３３ｄ，３４ｄを構成する面全体に形成する各々の触媒層３１ｅ，３２ｅ，３３ｅ，３４ｅを備える。このような各反応部３１，３２，３３，３４については，複数の基板３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ，３６の構造を説明した後，これに形成する触媒層３１ｅ，３２ｅ，３３ｅ，３４ｅを詳細に説明する。
【００４４】
上記第１反応基板３１ａの一面に，上記燃料と空気の流れを可能にする第１チャンネル３１ｃが形成する。上記第１チャンネル３１ｃの開始端には，上記液状の燃料と空気が流入する流入口３１ｆが形成され，終了端には，上記液状の燃料と空気の燃焼ガスが流出する流出口３１ｇが形成する。
【００４５】
この時，上記流入口３１ｆと第１タンク５１は管路形態の第１供給ライン８１によって連結することができ，上記流入口３１ｆと空気ポンプ７１は管路形態の第２供給ライン８２によって連結することができる。
【００４６】
第２反応基板３２ａの上面には，燃料の流れを可能にする第２チャンネル３２ｃが形成する。上記第２チャンネル３２ｃの開始端には，上記混合燃料が流入する流入口３２ｆが形成され，終了端には，上記混合燃料から発生した水素ガスが流出する流出口３２ｇが形成する。
【００４７】
この時，上記流入口３２ｆと第１及び第２タンク５１，５３は，管路形態の第３供給ライン８３によって連結することができる。そして，上記流入口３２ｆは，別途の管路（図示せず）によって第１反応基板３１ａの流出口３１ｇに連結することもできる。
【００４８】
上記第３反応基板３３ａの上面に，上記改質反応部３２から発生した水素ガスの流れを可能にする第３チャンネル３３ｃが形成する。上記第３チャンネル３３ｃの開始端には，上記水素ガスが流入する流入口３３ｆが形成され，終了端には，一酸化炭素の濃度が１次的に低減された水素ガスが流出する流出口３３ｇが形成する。この時，上記流入口３３ｆは別途の連結手段（図示せず），例えば，管路又は孔によって上記第２反応基板３２ａの流出口３２ｇに連結することもできる。
【００４９】
上記第４反応基板３４ａの上面には，上記水素ガスの流れを可能にする第４チャンネル３４ｃが形成する。上記第４チャンネル３４ｃの開始端には，上記水素ガスが流入する流入口３４ｆが形成され，終了端には，上記一酸化炭素の濃度が２次的に低減された水素ガスが流出できるようにする流出口３４ｇが形成する。
【００５０】
この時，上記流入口３４ｆと空気ポンプ７１は管路形態の第４供給ライン８４によって連結され，上記流入口３４ｆと第３反応基板３３ａの流出口３３ｇが別途の連結手段（図示せず），例えば，管路又は孔によって連結することもできる。そして，上記流出口３４ｇと次に説明するスタック１０は，第５供給ライン８５によって連結設置することができる。
【００５１】
上記各反応基板３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａに形成された各々のチャンネル３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ，３４ｃは，各基板３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａの上面で互いに任意の間隔をおいて直線状態に配置され，その両端が交互に連結されて形成する。もちろん，上記チャンネル３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ，３４ｃの構造がこれに限られるわけではない。
【００５２】
第１の実施形態の改質装置３０は，上記第１反応基板３１ａの上側に第２反応基板３２ａと第３反応基板３３ａを順に積層し，上記第１反応基板３１ａの下側に第４反応基板３４ａを積層して構成することができる。そして，改質装置３０の上側に位置する第３反応基板３３ａの上面に，蓋部３５に蓋基板３６が結合することができる。
【００５３】
つまり，上記第１反応基板３１ａと第２反応基板３２ａとの間には，第１反応基板３１ａの第１チャンネル３１ｃと第２反応基板３２ａの下面とによって液状の燃料と空気が通過できる第１通路３１ｄが形成する。
【００５４】
この時，燃料と空気の酸化反応を促進させる酸化触媒層３１ｅが，第１チャンネル３１ｃの内表面と第２反応基板３２ａの下面全体に形成する。
【００５５】
したがって，第１の実施形態では，上記第１通路３１ｄを構成する面全体に酸化触媒層３１ｅが形成する。したがって，第１通路３１ｄを通過する液状の燃料と空気が酸化触媒層３１ｅと接触する面積を増加させることができる。
【００５６】
そして，上記第２反応基板３２ａと第３反応基板３３ａとの間には，第２反応基板３２ａの第２チャンネル３２ｃと第３反応基板３３ａの下面とによって燃料が通過できる第２通路３２ｄが形成する。
【００５７】
この時，燃料の水蒸気改質反応を促進させる改質触媒層３２ｅが，第２チャンネル３２ｃの内表面と第３反応基板３３ａの下面全体に形成する。
【００５８】
したがって，上記第２通路３２ｄを構成する面全体に改質触媒層３２ｅが形成する。つまり，第１の実施形態によれば，第２通路３２ｄを通過する燃料と改質触媒層３２ｅの接触面積を増加させることができる。
【００５９】
また，上記第３反応基板３３ａと蓋基板３６との間には，第３反応基板３３ａの第３チャンネル３３ｃと蓋基板３６の蓋面により，第２通路３２ｄから排出する水素ガスが通過する第３通路３３ｄが形成する。
【００６０】
この時，水素ガスの水性ガス転換反応を促進させる水性ガス転換触媒層３３ｅが，第３チャンネル３３ｃの内表面と蓋基板３６の蓋面全体に形成する。
【００６１】
つまり，上記第３通路３３ｄを構成する面全体に上記水性ガス転換触媒層３３ｅが形成されて，第３通路３３ｄを通過する上記水素ガスと水性ガス転換触媒層３３ｅとの接触面積を増加させることができる。
【００６２】
そして，上記第４反応基板３４ａと第１反応基板３１ａとの間には，第４反応基板３４ａの第４チャンネル３４ｃと第１反応基板３１ａの下面により，第３通路３３ｄから排出する水素ガスを通過させる第４通路３４ｄが形成する。
【００６３】
この時，上記水素ガスの選択的酸化反応を促進させる選択的酸化触媒層３４ｅが，第４チャンネル３４ｃの内表面と第１反応基板３１ａの下面全体に形成する。
【００６４】
したがって，第４通路３４ｄを構成する面全体に選択的酸化触媒層３４ｅが形成されて，第４通路３４ｄを通過する上記水素ガスに対する選択的酸化触媒層３４ｅとの接触面積を増加させることができる。
【００６５】
このような各触媒層３１ｅ，３２ｅ，３３ｅ，３４ｅは，各反応基板３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａのチャンネル３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ，３４ｃの表面全体に触媒層３１ｅ，３２ｅ，３３ｅ，３４ｅを形成した後，これに密着する基板３２ａ，３３ａ，３６，３１ａの密着面に同一な種類の触媒層３１ｅ，３２ｅ，３３ｅ，３４ｅを各々形成して上記各反応基板３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａに密着することによって形成することができる。しかし，本発明はこれに限定するものではなく，その他の多様な方法によって上記構造の触媒層を形成することができる。
【００６６】
図４は，図１に示したスタックの構造を示した説明図である。
【００６７】
図１及び図４を参照すれば，本システム１００に適用するスタック１０は，改質装置３０によって生成された水素と空気中に含まれている酸素の酸化／還元反応により電気エネルギーを発生させる少なくとも一つの電気生成部１１が積層されて成る。
【００６８】
上記電気生成部１１は，膜−電極アセンブリー（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ，ＭＥＡ）１２を中心に置き，その両面にセパレータ１６を配置して電気を発生させる最小単位の燃料電池を形成する。
【００６９】
膜−電極アセンブリー１２は，水素と酸素の電気化学反応を起こす所定の面積の活性領域を有しながら形成され，一面にアノード電極，他の一面にカソード電極を備え，二つの電極の間に電解質膜を備える構造からなる。
【００７０】
上記アノード電極は，水素を酸化反応させて水素イオン（ｐｒｏｔｏｎ）と電子に変換させる機能をする。上記カソード電極は，上記水素イオンと酸素を還元反応させて，所定の温度の熱と水分を発生させる機能をする。そして，電解質膜は，アノード電極で生成された水素イオンをカソード電極に移動させるイオン交換の機能をする。
【００７１】
セパレータ１６は，膜−電極アセンブリー１２の酸化／還元反応に必要な水素ガスと空気をアノード電極とカソード電極に供給する通路の機能を有し，アノード電極とカソード電極を直列に接続させる伝導体の機能も有する。
【００７２】
より具体的に，セパレータ１６には，膜−電極アセンブリー１２のアノード電極に密着する面に，アノード電極に水素ガスを供給するための通路１７が形成され，カソード電極に密着する面に，カソード電極に空気を供給するための通路１７が形成する。
【００７３】
そして，スタック１０の最外郭には，上記複数の電気生成部１１を密着させる別途の加圧プレート１３を設置することもできる。しかし，本発明によるスタック１０は，上記加圧プレート１３を排除し，電気生成部１１の最外郭に位置するセパレータ１６が上記加圧プレートの役割に代わるように構成することもできる。また，加圧プレート１３が複数の電気生成部１１を密着させる機能の他，次に説明するセパレータ１６の固有な機能を有するように構成することもできる。
【００７４】
上記加圧プレート１３のうちの一つには，水素ガスをセパレータ１６の水素通路に供給するための第１注入部１３ａと，空気をセパレータ１６の空気通路に供給するための第２注入部１３ｂとが形成され，他の一つには，膜−電極アセンブリー１２のアノード電極で反応して残った水素ガスを排出させるための第１排出部１３ｃと，膜−電極アセンブリー１２のカソード電極で水素と酸素の結合反応によって生成された水分，及び水素と反応して残った空気を排出させるための第２排出部１３ｄとが形成する。
【００７５】
この時，上記第２注入部１３ｂと空気ポンプ７１は，管路形態の第６供給ライン８６によって連結設置することができる。そして，上記第１排出部１３ｃは，別途の管路（図示せず）を通して第１反応基板３１ａの流入口３１ｆに連結することもできる。
【００７６】
上記のように構成された本発明の第１の実施形態による燃料電池システムの動作を詳細に説明する。
【００７７】
まず，燃料ポンプ５５を稼動して，第１タンク５１に保存された燃料を第１供給ライン８１を通して改質装置３０の第１通路３１ｄに供給する。これと同時に，空気ポンプ７１を稼動して，第２供給ライン８２を通して空気を上記第１通路３１ｄに供給する。そうすれば，上記液状の燃料と空気が第１通路３１ｄに沿って流動しながら酸化触媒層３１ｅによって酸化触媒反応を起こす。したがって，熱源部３１では，このような燃料と空気の酸化触媒反応によって所定の温度の反応熱を発生させる。これで，熱源部３１から発生する熱エネルギーが改質反応部３２，一酸化炭素低減部３３，３４に伝導されて，改質装置３０全体を予熱する。
【００７８】
このように改質装置３０の予熱が完了すれば燃料ポンプ５５を稼動して，第１タンク５１に保存された燃料と第２タンク５３に保存された水とを，第３供給ライン８３を通して改質装置３０の第２通路３２ｄに供給する。そうすれば，上記燃料と水は第２通路３２ｄに沿って流れながら，上記熱源部３１から提供する熱エネルギーによって気化する。この時，改質反応部３２では，改質触媒層３２ｅによる水蒸気改質反応が起こって，上記気化された燃料より水素ガスを発生させる。この時，改質反応部３２では水蒸気改質触媒反応を完全に行うのが困難であるため，副生成物として，一酸化炭素が含まれている水素ガスを生成する。
【００７９】
次に，上記一酸化炭素が含まれている水素ガスを，改質装置３０の第３通路３３ｄに沿って流れるようにする。そうすれば，第１一酸化炭素低減部３３では，水性ガス転換触媒層３３ｅによる水性ガス転換触媒反応が起こって追加の水素ガスを発生させ，水素ガスに含まれている一酸化炭素の濃度を１次的に低減させる。
【００８０】
次いで，上記第３通路３３ｄを通過した上記水素ガスを改質装置３０の第４通路３４ｄに沿って流れるようにする。これと同時に空気ポンプ７１を稼動して，第４供給ライン８４を通して空気を上記第４通路３４ｄに供給する。そうすれば，第２一酸化炭素低減部３４では，選択的酸化触媒層３４ｅによる選択的酸化触媒反応が起こって上記水素ガスに含まれている一酸化炭素の濃度を２次的に低減させ，上記水素ガスを排出させる。
【００８１】
次に，上記水素ガスを第５供給ライン８５を通してスタック１０の第１注入部１３ａに供給する。これと同時に空気ポンプ７１を稼動して，第６供給ライン８６を通して空気をスタック１０の第２注入部１３ｂに供給する。
【００８２】
そうすれば，上記水素ガスはセパレータ１６の水素通路を通して膜−電極アセンブリー１２のアノード電極に供給する。そして，空気は，セパレータ１６の空気通路を通して膜−電極アセンブリー１２のカソード電極に供給する。
【００８３】
したがって，アノード電極では，酸化反応により水素ガスを電子とプロトン（水素イオン）とに分解する。そして，プロトンは電解質膜を通してカソード電極に移動し，電子は電解質膜を通して移動できず，セパレータ１６を通して隣接する膜−電極アセンブリー１２のカソード電極に移動する。電子の流れによって電流が発生し，付随的に熱と水が発生する。
【００８４】
第１の実施形態による燃料電池改質装置によれば、単純な構造で反応効率及び熱効率を向上させることができる。
【００８５】
第１の実施形態による燃料電池システムは，改質装置が反応基板による積層構造からなる単純な構造を有するので，全体的なシステムをコンパクトに実現することができる。したがって，製造工程を単純化して生産性をさらに向上させることができる。
【００８６】
そして，第１の実施形態による燃料電池システムによれば，燃料の各種の反応に必要な熱エネルギーを迅速に伝達することができる。したがって，全体的な改質装置の反応効率及び熱効率を向上させることができる。
【００８７】
そして，第１の実施形態による燃料電池システムによれば，改質装置の通路を構成する面全体に各触媒層が形成されて，反応に関与する燃料又はガスなどが各触媒層と接触する面積を増加させることができる。したがって，全体的な反応効率を向上させることができる。
【００８８】
このような第１の実施形態に適用できる第２〜６の実施形態を説明する。第２〜６の実施形態において，第１の実施形態の構成と実質的に同一な部分については詳細な図示及び説明を省略し，互いに異なる部分についてのみ詳細に図示及び説明する。そして，実質的に同一な部分は同一な参照符号を付けた。
【００８９】
図５は，本発明の第２の実施形態を示した断面図である。
【００９０】
図５を参照すれば，本発明の第２の実施形態による改質装置３０Ａは，熱源部３１の上側に改質反応部３２と蓋部３５が順に積層されて成る。
【００９１】
具体的に，上記改質装置３０Ａは，第１反応基板３１ａの上側に第２反応基板３２ａが積層され，上記第２反応基板３２ａの上面に蓋基板３６が積層された構造を有する。
【００９２】
上記第１反応基板３１ａと第２反応基板３２ａとの間には，第１反応基板３１ａの第１チャンネル３１ｃと第２反応基板３２ａの下面によって第１通路３１ｄが形成する。この時，第１チャンネル３１ｃの内表面と第２反応基板３２ａの下面に酸化触媒層３１ｅが形成されて，第１通路３１ｄを構成する面全体に酸化触媒層３１ｅが形成する。
【００９３】
そして，上記第２反応基板３２ａと蓋基板３６との間には，第２反応基板３２ａの第２チャンネル３２ｃと蓋基板３６の蓋面によって第２通路３２ｄが形成する。この時，第２チャンネル３２ｃの内表面と蓋基板３６の下面に改質触媒層３２ｅが形成されて，第２通路３２ｄを構成する面全体に改質触媒層３２ｅが形成する。
【００９４】
第２の実施形態による燃料電池改質装置によれば、単純な構造で反応効率及び熱効率を向上させることができる。
【００９５】
図６は，本発明の第３の実施形態を示した断面図である。
【００９６】
図６を参照すれば，本発明の第３の実施形態による改質装置３０Ｂでは，熱源部３１の上側に改質反応部３２，第１一酸化炭素低減部３３，及び蓋部３５が順に積層することができる。
【００９７】
第３の実施形態による燃料電池改質装置によれば、単純な構造で反応効率及び熱効率を向上させることができる。
【００９８】
図７は，本発明の第４の実施形態を示した断面図である。
【００９９】
図７を参照すれば，本発明の第４の実施形態による改質装置３０Ｃでは，熱源部３１の上側に改質反応部３２及び蓋部３５が順に積層され，熱源部３１の下側に第２一酸化炭素低減部３４が積層することができる。
【０１００】
第４の実施形態による燃料電池改質装置によれば、単純な構造で反応効率及び熱効率を向上させることができる。
【０１０１】
図８は，本発明の第５の実施形態を示した断面図である。
【０１０２】
図８を参照すれば，本発明の第５の実施形態による改質装置３０Ｄでは，上記各通路３１ｄ，３２ｄ，３３ｄ，３４ｄを構成する面全体にのみ各触媒層１３１ｅ，１３２ｅ，１３３ｅ，１３４ｅが形成する。つまり，各触媒層１３１ｅ，１３２ｅ，１３３ｅ，１３４ｅが，各反応基板３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａに形成されたチャンネル３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ，３４ｃの内表面と，このようなチャンネル３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ，３４ｃに密着する他の基板の密着面の上記チャンネル３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ，３４ｃに対応する部分とに形成する。
【０１０３】
このような形態の触媒層１３１ｅ，１３２ｅ，１３３ｅ，１３４ｅを形成するためには，一つの基板３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａのチャンネル３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ，３４ｃの内表面に触媒層１３１ｅ，１３２ｅ，１３３ｅ，１３４ｅを形成した後，これに密着する基板３２ａ，３３ａ，３６，３１ａのチャンネル３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ，３４ｃ対応部に同一な種類の触媒層１３１ｅ，１３２ｅ，１３３ｅ，１３４ｅを形成して，上記基板３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａに密着することによって形成することができる。
【０１０４】
又は，チャンネルが形成された基板３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａと他の基板３２ａ，３３ａ，３６，３１ａとを密着した後で触媒層１３１ｅ，１３２ｅ，１３３ｅ，１３４ｅを形成することができる。しかし，本発明はこれに限定するものではなく，その他に多様な方法によって上記の触媒層１３１ｅ，１３２ｅ，１３３ｅ，１３４ｅを形成できる。
【０１０５】
第５の実施形態による燃料電池改質装置によれば、単純な構造で反応効率及び熱効率を向上させることができる。
【０１０６】
図９は，本発明の第６の実施形態を示した断面図である。
【０１０７】
図９を参照すれば，本発明の第６の実施形態による改質装置３０Ｅでは，一つの基板１４０の両面にチャンネル１４１ｃ，１４２ｃが形成され，このようなチャンネル１４１ｃ，１４２ｃの形成面に蓋基板１４６ａ，１４６ｂが密着する。このようなチャンネル１４１ｃ，１４２ｃと蓋基板１４６ａ，１４６ｂによって形成された通路１４１ｄ，１４２ｄを構成する面全体の各々に酸化触媒層１４１ｅと改質触媒層１４２ｅが形成されて，熱源部１４１及び改質反応部１４２を構成する。
【０１０８】
本発明の第６の実施形態では，両面にチャンネルが形成する基板を蓋基板の間に備えることを例に挙げて図示及び説明したが，本発明はこれに限定するものではなく，多様な形態の基板が複数に積層されて改質装置を多様に構成するのも可能である。
【０１０９】
第６の実施形態による燃料電池改質装置によれば、単純な構造で反応効率及び熱効率を向上させることができる。
【０１１０】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施するのが可能であり，当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の第１の実施形態による燃料電池システムの全体的な構成を示した説明図である。
【図２】図１に示した改質装置１３０の構造を示した説明図である。
【図３】図２の断面図である。
【図４】図１に示したスタックの構造を示した説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態による改質装置３０Ａの構造を示した断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態による改質装置３０Ｂの構造を示した断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態による改質装置３０Ｃの構造を示した断面図である。
【図８】本発明の第５の実施形態による改質装置３０Ｄの構造を示した断面図である。
【図９】本発明の第６の実施形態による改質装置３０Ｅの構造を示した断面図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１０  スタック
１１  電気生成部
１２  膜−電極アセンブリー
１３  加圧プレート
１３ａ  第１注入部
１３ｂ  第２注入部
１３ｃ  第１排出部
１３ｄ  第２排出部
１６  セパレータ
１７  通路
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ  改質装置
３１，１４１  熱源部
３１ａ  第１反応基板
３１ｃ  第１チャンネル
３１ｄ  第１通路
３１ｅ，１４１ｅ  酸化触媒層
３１ｆ，３２ｆ，３３ｆ，３４ｆ  流入口
３１ｇ，３２ｇ，３３ｇ，３４ｇ  流出口
３２，１４２  改質反応部
３２ａ  第２反応基板
３２ｃ  第２チャンネル
３２ｄ  第２通路
３２ｅ，１４２ｅ  改質触媒層
３３  第１一酸化炭素低減部
３３ａ  第３反応基板
３３ｃ  第３チャンネル
３３ｄ  第３通路
３３ｅ  水生ガス転換触媒層
３４  第２一酸化炭素低減部
３４ａ  第４反応基板
３４ｃ  第４チャンネル
３４ｄ  第４通路
３４ｅ  選択的酸化触媒層
３５  蓋部
３６  蓋基板
５０  燃料供給源
５１  第１タンク
５３  第２タンク
５５  燃料ポンプ
７０  酸素供給源
７１  空気ポンプ
８１  第１供給ライン
８２  第２供給ライン
８３  第３供給ライン
８４  第４供給ライン
８５  第５供給ライン
８６  第６供給ライン
１００  燃料電池システム
１３１ｅ，１３２ｅ，１３３ｅ，１３４ｅ  触媒層
１４０  基板
１４１ｃ，１４２ｃ  チャンネル
１４１ｄ，１４２ｄ  通路
１４６ａ，１４６ｂ  蓋基板
【図１】
2006012810.tif 000003
【図２】
2006012810.tif 000004
【図３】
2006012810.tif 000005
【図４】
2006012810.tif 000006
【図５】
2006012810.tif 000007
【図６】
2006012810.tif 000008
【図７】
2006012810.tif 000009
【図８】
2006012810.tif 000010
【図９】
2006012810.tif 000011